Principes des systèmes d'exploitation Tr 1.1

Principes des systèmes d'exploitation

Fonctions :

• Machine virtuelle : ajoute des fonctionnalités (par exemple système defichier vs accès pistes - secteurs)

• Gestion des ressources : processeur, mémoire, espace disque, accès auréseau...

• Plate-forme pour le développement d'applications

Types :

• Multi-tâches mono utilisateur (Windows 95-98...)

• Multi-tâches multi- utilisateur (UNIX...)

• d'usage général (sécurité)• temps réel

• Distribués

Structure :

• Monolithique

Kernel

Processus

Matériel

API

Principes des systèmes d'exploitation Tr 1.2

• Micro-kernel + modules

• Le processeur doit posséder un mode protégé permettant l'exécution decertaines instructions critiques (entrées sorties physiques, manipulationdes interruptions...)

• kernel space : routines critiques de l'O.S.• user space : application

Définitions :

• Programme : lignes de code dans un fichier

• Processus : instance d'un programme en cours d'exécution

• Thread : morceau de programme en cours d'exécution

Principes des systèmes d'exploitation Tr 1.3

Traitement multi-tâches :

• Ordonnancement des tâches contrôlé par le système d'interruption :

• interruption périodique (timer)

• interruption liées aux entrées sorties

• Problème des entrées-sorties blocantes

read(int fileID, char *userBuffer, int bufferLength){while (dataNotAvailable()) /* do nothing */;// Copy bytes to process's buffer, from system buffer.memcpy(userBuffer, device->buffer, bufferLength);}

• Mise en veille (état bloqué) :

read(int fileID, char *userBuffer, int bufferLength){if (dataNotAvailable()) { linkProcessToWaitQueue(device->queue, thisProcess); thisProcess->status = BLOCKED; // Call the scheduler and dispatcher to give up the CPU. scheduler(); }// By the time we get here, data is available...// ... and thisProcess->status is once again RUNNING.// Copy bytes to process's buffer, from system buffer.memcpy(userBuffer, device->buffer, bufferLength);}

Principes des systèmes d'exploitation Tr 1.4

• Liste des processus :

Coopération entre les processus

• Problèmes potentiels : race condition

'add' process 'remove' process value of 'count'

temp1 = count 10

temp1++ 10

PROCESS SWITCH!

temp2 = count 10

temp2 -- 10

count = temp2 9

PROCESS SWITCH!

count = temp1 11

è opération atomique

• Suppression des interruptions (déconseillé !)

• Exclusion mutuelle (MUTEX) par sémaphores : protection par des sectionscritiques accessibles à un seul processus à la fois

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Les sémaphores.

• entier non négatif ne pouvant être manipulé que par trois instructionsatomiques :

• initialisation

• WAIT : décrémente le sémaphore d'une unité s'il est > 0, sinon bloque leprocessus

• SIGNAL : incrémente le sémaphore d'une unité

• Utilisation des sémaphores :

• Synchronisation

• Mutex

// Global variables (shared between processes):int count; // The shared variable.

// Create a semaphore for mutual exclusion---initialised to 1.Semaphore mutex = new Semaphore(1);

void addAUser(){register int temp;wait(mutex); // Start of critical section.temp = count;temp ++;count = temp;signal(mutex); // End of critical section.}

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• Producteur consommateur

const int BUFFER_CAPACITY = 100; // Say, for example.Semaphore emptySlots = new Semaphore(BUFFER_CAPACITY);Semaphore fullSlots = new Semaphore(0);Semaphore mutualExclusion = new Semaphore(1);

void producer(){for(/*ever*/;;) { Object item = produceItem(); wait(emptySlots); // Wait for buffer space. wait(mutualExclusion); // Enter critical section. buffer.insertItem(item); signal(mutualExclusion); // Leave critical section. signal(fullSlots); // Signal the consumer. }}

void consumer(){for(/*ever*/;;) { wait(fullSlots); // Wait for item in buffer. wait(mutualExclusion); // Enter critical section. Object item = buffer.removeItem(); signal(mutualExclusion); // Leave critical section. signal(emptySlots); // Signal the producer. consumeItem(item); }}

Principes des systèmes d'exploitation Tr 1.7

• Blocage (deadlock) - étreinte fatale (deadly embrace)

• Exemple : verrouillage de fichier (file locking)

Processus A : Processus B :Tant que le fichier_1 est verrouillé attendre ;verrouiller le fichier_1

Tant que le fichier_2 est verrouillé attendre ;verrouiller le fichier_2

utiliser fichier_1 et fichier _2déverrouiller fichier_1 et fichier _2

Tant que le fichier_2 est verrouillé attendre ;verrouiller le fichier_2

Tant que le fichier_1 est verrouillé attendre ;verrouiller le fichier_1

utiliser fichier_1 et fichier _2déverrouiller fichier_1 et fichier _2

Ordonnancement des processus

• Scheduler : choisi quel est le processus qui doit tourner

• Dispatcher : lance l'exécution du processus choisi par le scheduler

• Round robin : liste circulaire, tex temps d'éxécution, tov temps nécessaire auscheduler et au dispatcher

• Efficacité : tex >>• Temps de réponse : tex <<

• Priorité : plusieurs listes circulaires

• Temps réel : temps de réponse garanti

Principes des systèmes d'exploitation Tr 1.8

Gestion de la mémoire

• Un processus ne doit pas pouvoir accéder à l'espace mémoire d'un autreprocessus (sauf mémoire partagée) -> MMU (Memory Management Unit)

• relocation : les adresses générées par le compilateur ne correspondent pasà la position réelle dans la mémoire

• Utilisation d'une MMU : relocation, protection et partage

Principes des systèmes d'exploitation Tr 1.9

• Taille mémoire insuffisante :

• Swapping : échange de processus (et de leurs données) entre lamémoire et le disque lorsqu'il n'y a pas assez de place en mémoire

• découpage de la mémoire en pages

• fichier d'échange (swap file - mémoire virtuelle)

• Algorithmes pour l'échange des pages entre la mémoire et le disque :

• Least Rencently Used (LRU)• Not Recently Used (NRU) avec compteur d'âge• Paging daemon : maintient un certain nombre de zones libres en

mémoire et regarde périodiquement s'il est nécessaire de réaliser unswap.

• Performances :

• Un nombre minimum de page doit être présent en mémoire : sinonphénomène de thrashing (déconfiture) le processeur ne fait plus rien d'utilecar le système passe son temps à faire du swap -> working set (espacevital).

degré de multi-programmation

utilisation duprocesseur

100%

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Allocation dynamique de la mémoire.

• se fait sur le tas (heap)

• gestion nécessaire : liste des zones libres et occupées, fusion des petitstrous, récupération des zones inutilisées (garbage collection) :

• liste des zones libres et allouée

• Recherche d'un emplacement libre de la taille adéquate :

• first fit• best fit• worst fit

Principes des systèmes d'exploitation Tr 1.11

La gestion des entrées-sorties.

• Grande diversité de périphériques

• vitesse

• format des données

• opérations possibles

• conditions d'erreur

• Nécessité de driver spécifiques (fonctionnant en partie en mode Kernel)

• deux couches de logiciel

• une couche dépendante du matériel• une couche indépendante du matériel pour une famille de

périphérique donnée• périphériques de type caractère (character device) : accès séquentiel,

un octet à la fois (carte audio, réseau, clavier, modem...)• périphérique de type bloc (block device) : lecture-écriture aléatoire

d'un bloc d'octets à la fois (disques, carte vidéo ...)

• Référence au périphérique par un nom de "device"

• Intégration dans le système de fichier (tout est fichier sous UNIX)

• Mise en service du périphérique par une opération de montage (mount)

Exemple : mount /dev/tty au démarrage

• Les opérations d'entrées-sorties peuvent être bloquantes (synchrones) ounon bloquantes (asynchrones), lorsqu'elles sont bloquantes il y a risque dedeadlock

• La bufferisation permet de gagner du temps (entrées et sorties) maisproblème de la synchronisation

• Certains périphériques ne sont pas partageables (imprimante) →→ spooling(Simultaneous Peripheral Output On Line)

Principes des systèmes d'exploitation Tr 1.12

Le système de fichiers.

• Organisation de manière ordonnée (hiérarchique) des informationsstockées sur les disques sous forme de fichiers et de répertoires

• organisation logique (fichiers - répertoires)

• organisation physique (pistes, secteurs, formatage)

• Liaison entre la représentation physique et logique : table des inodes